f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法与流程

本发明涉及一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法。

背景技术：

长波红外非制冷光学系统在军用和民用领域均得到了广泛的应用，因为红外镜头抗干扰性能好，晚间作用距离远，穿透烟尘、雾霾能力强，可全天候、全天时工作，具有多目标全景观察、追踪和目标识别能力及良好的抗目标隐形的能力等优点，所以对光学系统的成像质量提出了越来越高的要求。但由于红外光学材料和机械材料存在一定的热效应，工作温度的剧烈变化会对光学系统产生严重的影响，例如引起焦距变化、像面漂移、成像质量下降等。因此，为了适应不同环境温度，要求红外镜头具有一定的温度自适应能力；另外，市面上大多数的镜头结构复杂，加工难度和成本较高，因此也需要镜头具有结构简便易加工性，而且市面上的多数镜头都难以根据不同物距轻松、快捷的调节后截距，而且相对成像靶面较小。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法。

本发明的技术方案是，一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方依次设的正光焦镜片A、负光焦镜片B、正光焦镜片C，所述镜筒包括前镜筒、后镜筒，正光焦镜片A设置在前镜筒内并用前压圈压紧，负光焦镜片B、正光焦镜片C设置在后镜筒内，所述镜筒外套设有套筒，套筒外套设有外罩，主镜筒后部设置有后压圈，套筒与外罩螺纹连接，外罩上穿设有对套筒进行锁紧的锁紧钉，套筒周侧设置有限位槽，限位槽内设置有限位钉，限位钉固定在外罩上，前镜筒与套筒滑动配合，前镜筒外周设置有外凸缘，外凸缘前侧面与套筒之间设置有伸缩环，外凸缘后侧与后镜筒之间设置有弹片，后镜筒外周侧与套筒螺纹连接，伸缩环的膨胀系数大于弹片的膨胀系数。

进一步的，所述正光焦镜片A和负光焦镜片B之间的空气间隔是0.72mm，所述负光焦镜片B和正光焦镜片C之间的空气间隔是12.14mm。

进一步的，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设置有隔圈。

进一步的，所述前镜筒转套筒之间设置有密封圈A，套筒与外罩之间设置有密封圈B。

进一步的，所述套筒内设置有台阶面，前镜筒的一端经伸缩环顶在套筒的台阶面。

一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头的调焦方法，旋松锁紧钉，转动套筒，旋转套筒经伸缩环与前镜筒外周的外凸缘相互作用，带动镜筒前后移动，与外罩发生相对位移，实现后截距的变化；当环境温度升高时，由于正光焦镜片A、负光焦镜片B以及正光焦镜片C同时发生膨胀导致原先的焦面向前发生偏移导致模糊，此时伸缩环膨胀推动前镜筒压缩弹片使正光焦镜片A与负光焦镜片B的空气距变小，弥补原先向前偏移的焦面，使其恢复到常温状态下清晰画面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单紧凑，体积小，可以与大靶面探测器相匹配，实用性更强，适用性更宽，具有高的成像分辨率、高穿透性，能够捕捉细小温度变化的物体，调焦方式简便轻松。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。

附图说明

图1为本发明的光学结构示意图；

图2为本发明的机型结构示意图。

图中：

A-正光焦镜片A，B-负光焦镜片B，C-正光焦镜片C；D-像面，1套筒，2-密封圈B，3-伸缩环，4-锁紧钉，5-外罩，6-后镜筒，7-密封圈A，8-前压圈，9-限位钉，10-前镜筒，11-弹片，12-BC隔圈，13-后压圈。

具体实施方式

如图1~2所示，一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方依次设的正光焦镜片A、负光焦镜片B、正光焦镜片C，所述镜筒包括前镜筒、后镜筒，正光焦镜片A设置在前镜筒内并用前压圈压紧，负光焦镜片B、正光焦镜片C设置在后镜筒内，所述镜筒外套设有套筒，套筒外套设有外罩，主镜筒后部设置有后压圈，套筒与外罩螺纹连接，外罩上穿设有对套筒进行锁紧的锁紧钉，套筒周侧设置有限位槽，限位槽内设置有限位钉，限位钉固定在外罩上，前镜筒与套筒滑动配合，前镜筒外周设置有外凸缘，外凸缘前侧面与套筒之间设置有伸缩环，外凸缘后侧与后镜筒之间设置有弹片，后镜筒外周侧与套筒螺纹连接，伸缩环的膨胀系数大于弹片的膨胀系数。

在本实施例中，外罩与探测器螺纹连接。

在本实施例中，伸缩环由塑料制成，弹片由金属制成，伸缩环的膨胀系数大，弹片的膨胀系数小，弹片优选弹簧，但不局限于此。

在本实施例中，所述正光焦镜片A和负光焦镜片B之间的空气间隔是0.72mm，所述负光焦镜片B和正光焦镜片C之间的空气间隔是12.14mm。

在本实施例中，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设置有隔圈。

在本实施例中，所述前镜筒转套筒之间设置有密封圈A，套筒与外罩之间设置有密封圈B。

在本实施例中，所述套筒内设置有台阶面，前镜筒的一端经伸缩环顶在套筒的台阶面。

在本实施例中，利用限位钉控制套筒与外罩在一定范围进行相对位移调整后截距，使镜头更加匹配不同探测器，大大增大了镜头的实用性，利用锁紧钉可使套筒在与外罩发生相对位移来调整后截距时，任意距离保持相对位置，不发生转动变化，大大提高镜头的适用性。

一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头的调焦方法，旋松锁紧钉，转动套筒，旋转套筒经伸缩环与前镜筒外周的外凸缘相互作用，带动镜筒前后移动，与外罩发生相对位移，实现后截距的变化；当环境温度升高时，由于正光焦镜片A、负光焦镜片B以及正光焦镜片C同时发生膨胀导致原先的焦面向前发生偏移导致模糊，此时伸缩环膨胀推动前镜筒压缩弹片使正光焦镜片A与负光焦镜片B的空气距变小，弥补原先向前偏移的焦面，使其恢复到常温状态下清晰画面。

在本实施例中，该镜头实现的技术指标如下：

工作波段：8μm-12μm；

焦距：f′=20mm；

探测器：长波红外非制冷型640×512，17μm；

视场角：30.4°×24.5°；

相对孔径D/ f′：1/1.0；

光学体积：∅44mm×29.5mm（直径×长度）。

各镜片参数：

在本实施例中，S1的间距是指S1与S2表面之间的中心距离，其他以此类推。

非球面具体面型方程如下：

Z=cr^2/(1+√[1-(1+k)c^2r^2)]+A0r^2+A1r^4+A2r^6+A3r^8+A4r^10

其中S2：c=1/R,R=32.014,k=0,A0=0,A1=-1.425E-005,A2=-3.431E-0.08,A3=2.2146E-010,A4=-1.5022E-012。

本镜头具有紧凑型无热化结构设计、手动可调焦距式、高透过率以及大靶面等特点；在结构和光学设计中，合理分配光焦度，实现温度自适应的机、光混合无热化特点，可以与长波红外非制冷型640x512，17μm探测器适配，执行实况记录和安防监控任务；手动可调焦式更为日常执行安防任务提高无尽的方便。

本镜头克服手动调节后截距难、温度对红外镜头的影响以及市场上大多数的探测器靶面大等特点，在f20mm无热化镜头的光机结构设计过程中，合理分配光焦度，在不同温度下光学材料发生热胀冷缩，使得镜片曲率发生变化像面漂移，光学、机械混合式被动式无热化利用光学机械材料热特性之间的差异，通过不同特性材料的组合来消除温度的影响，在较大范围内保持像质稳定，实现温度自适应的无热化，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量；采用套筒一体化设计，实现了结构极其轻巧，安装简单方便，大大降低了成本。

本镜头可以与大靶面探测器相匹配，实用性更强，适用性更宽；结构简单，体积小，适合小型化的非制冷红外光学系统使用；具有高的成像分辨率、高穿透性，能够捕捉细小温度变化的物体；构紧凑，制作成本低廉，适宜规模化生产；在保证结构紧凑的前提下，采取一系列措施，提高了镜头耐振动、冲击的能力；本合理分配光机焦度实现温度大范围的无热化；双镜筒带密封圈设计具有良好的密封性能；在镜头结构设计中可以进行刚度计算，适当增加壁厚，提高固有频率，提高镜头的抗振能力，保证系统的使用要求；保证镜头的密封性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。